Meskipun awalnya menemukan penggunaan terutama di area layanan yang tercemar, isolator komposit telah melihat aplikasi yang berkembang di lingkungan yang relatif bersih juga karena kemudahan penanganannya yang komparatif dan biaya akuisisi yang menarik. Baru-baru ini, peningkatan tegangan serta desain kompak saluran AC baru telah menjadi area relung tambahan di mana isolator komposit diterapkan di lingkungan yang bersih.
Dalam kasus aplikasi terakhir, pengaturan insulator sering dirancang relatif pendek agar sesuai dengan jendela ruang menara yang diperkecil. Oleh karena itu, membatasi E-field maksimum menjadi lebih kritis. Bidang aplikasi lain yang berkembang adalah isolator tiang stasiun komposit, terutama yang memiliki inti padat karena ini tidak banyak berbeda dalam desain flensa dari isolator jalur komposit.
Tiga kriteria harus dipertimbangkan untuk memastikan dimensi optimal dari isolator komposit yang dilengkapi dengan cincin perata:
1. Membatasi medan listrik pada grading ring& pemasangan akhir;
2. Membatasi medan listrik di sepanjang permukaan rumah isolator;
3. Membatasi medan listrik pada 'triple point' (dimana air& housing memenuhi metal fitting).
Ketiganya biasanya diverifikasi oleh perhitungan E-field, yang pertama dengan uji RIV standar yang dijelaskan dalam IEC 60437 2ndEdition (1997-09). Kriteria ketiga tidak dapat diverifikasi oleh tes sedangkan kriteria kedua belum dapat diverifikasi oleh tes apa pun. Namun, perusahaan pemasok listrik kini semakin tertarik untuk memiliki verifikasi semacam itu.
Penetapan Kriteria untuk E-Field Maksimum
Masih ada sedikit data yang dipublikasikan tentang E-field maksimum yang diizinkan dalam kasus isolator komposit. Menurut Brosur 284 CIGRE, medan-E maksimum pada permukaan insulator komposit (yaitu di ujung gudang pertama dari pemasangan ujung) diperkirakan antara 0,6 dan 1,0 kV / mm. Tapi kisaran ini mungkin terlalu optimis. Sebagai contoh, penelitian sebelumnya oleh EPRI menunjukkan bahwa batas maksimum pada bidang-E 0,45 kV / mm lebih disukai sementara penelitian sebelumnya di STRI mengusulkan 0,4 kV / mm. Yang lain memperkirakan level medan-E kritis hanya sekitar 0,38 kV / mm.
Untuk bidang-E maksimum pada sambungan logam, Brosur CIGRE merekomendasikan batas 2,2 kV / mm. Menurut makalah sebelumnya dari EPRI, nilai yang ditunjukkan untuk bidang E permukaan pada fiting logam dan cincin perata harus 2,1 kV / mm dan nilai ini sering digunakan sebagai acuan untuk tujuan desain. Akan tetapi, menurut diskusi internal CIGRE sebelumnya, beberapa utilitas menetapkan nilai serendah 1,6 kV / mm - mungkin untuk memperhitungkan kemungkinan cacat produksi, permukaan yang telah sedikit rusak karena penanganan yang tidak tepat atau penuaan cincin perataan yang digunakan. Dalam makalah sebelumnya, STRI telah merekomendasikan 1,8 kV / mm.
Data terbaru dari STRI& EPRI
Penelitian yang lebih baru meringkas pekerjaan yang dilakukan untuk menentukan batas praktis untuk bidang-E yang diizinkan pada permukaan isolator untuk tujuan desain. Pekerjaan awal oleh EPRI untuk menentukan tingkat ambang E-field untuk korona yang diinduksi air (pertama kali diterbitkan pada tahun 1999) diperluas berdasarkan tes skala kecil dan penuh untuk menyempurnakan ambang batas ini. Misalnya, hasil dari kedua uji penuaan alami (di STRI) dan uji penuaan buatan (oleh EPRI) menunjukkan kecenderungan yang jelas untuk berkurangnya hidrofobisitas pada bagian selubung di mana medan-E melebihi sekitar 0,3 hingga 0,4 kV / mm (lihat Gambar 1). Penyesuaian ambang lebih lanjut telah didasarkan pada uji laboratorium skala kecil dan skala penuh serta data dari pengalaman layanan. Hal ini menyebabkan kriteria akhir berikut, yang diilustrasikan pada Gambar. 2: medan-E rata-rata pada selubung insulator tidak boleh melebihi 0,42 kV / mm selama lebih dari 10 mm di sepanjang permukaan. Pendekatan rata-rata semacam itu diperkenalkan untuk menghindari masalah geometri yang kecil namun signifikan, yang tidak mencerminkan kinerja isolator dengan tepat (yaitu akan ada peningkatan tajam dalam bidang-E pada titik-titik tersebut). Sedangkan untuk segel pemasangan ujung (yaitu titik tripel), bidang-E tidak boleh melebihi 0,35 kV / mm. Perhitungan harus dimodelkan dengan menggunakan simulasi E-field 3-D dan pengujian laboratorium juga dapat dipertimbangkan.
Akhirnya, kriteria berikut digunakan untuk banyak aplikasi praktis:
• Batas E-field pada grading ring& pemasangan ujung: 1,8 kV / mm
• Batas medan-E rata-rata di sepanjang permukaan rumah: 0,42 kV / mm
• Batas medan-E pada titik tripel: 0,35 kV / mm
Penjelasan Pendekatan
Program& Pemodelan
Semua perhitungan di STRI dilakukan dengan menggunakan program software Comsol Multiphysics. Contoh praktis dari penghitungan tersebut untuk kondisi layanan nyata adalah sebagai berikut:
Model lengan silang isolator dipasang pada fase tengah di satu sisi menara (seperti pada Gbr. 6). Fase-fase tersebut disusun untuk mensimulasikan skenario terburuk dari sudut pandang medan listrik, yaitu fasa tengah terkena medan-E tertinggi karena kedekatan dua fasa yang berdekatan pada sisi menara yang sama. Sesuai dengan kebutuhan klien, tegangan disetel ke Um=420 kV. Oleh karena itu, potensial listrik yang diterapkan pada fasa tengah adalah 420 / √3 kV. Tegangan pada dua fasa di atas dan di bawah fasa tengah adalah 420 / √3 kV dengan pergeseran fasa 120 °. Hanya 10 hingga 12 pasang gudang yang biasanya dimodelkan, berdasarkan pengalaman sebelumnya dengan perhitungan serupa, yang menunjukkan bahwa hanya gudang yang paling dekat dengan alat kelengkapan yang terkena medan listrik tertinggi. Membuat asumsi ini memungkinkan waktu pemodelan dikurangi.
Dua bahan utama yang diperhitungkan dalam perhitungan ini adalah udara dan karet silikon. Konstanta dielektrik (permitivitas relatif) yang digunakan untuk batang serat gelas adalah sama dengan silikon, yaitu 3,0, tetapi karena permitivitas relatif aktual lebih rendah untuk silikon, perhitungannya sedikit konservatif. Alasan terpenting untuk menyederhanakan penghitungan dengan cara ini adalah untuk mempermudah penyatuan dan memungkinkan penghitungan berjalan lebih cepat. Gambar 3 menunjukkan hasil yang khas.
